KR20000067791A - 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압축 성형을 이용한 미세 패턴의 형성을 위해 기판상의 고분자 물질을 압축 성형할 때, 상온 및 저압의 공정 조건에서 준비된 주형을 고분자 물질에 가압하여 미세 패턴의 형성시에 사용될 식각 마스크를 형성할 수 있도록 한 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 전술한 종래 방법에서와 같이 고온, 고압의 공정 조건에서 미세 패턴을 형성하고자 하는 고분자 박막을 임의의 패턴을 갖는 주형으로 압축 성형하지 않고, 상온 및 저압의 공정 조건에서 고분자 박막을 압축 성형하기 때문에 하나의 고분자 박막상에 서로 다른 패턴 구조를 갖는 주형을 연속하여 각각 전사할 수 있어 기판상에 다양한 형태의 초미세 패턴을 효과적으로 형성할 수 있으며, 압축 성형시에 가해지는 부하의 크기에 대응시켜 고분자 박막내의 자유 부피의 양을 적응적으로 조절(증가)하여 고분자 박막을 압축 성형하기 때문에, 압축 성형으로 패터닝된 고분자 박막의 표면 형상을 정밀하게 조절가능하다.

Description

압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법{METHOD FOR FORMING MICRO PATTERN ON SUBSTRATE BY USING COMPRESSION PATTERNING TECHNIQUE}
본 발명은 기판상에 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적 회로(Intergrated Circuit), 전자 소자, 광 소자(poto-electronic), 자기(Magnetic) 소자 등의 제조 공정시에 압축 성형(Compression Patterning) 기법을 이용하여 기판상에 초 미세 패턴(1㎛ 이하 ∼ 수㎚)을 형성하는 데 적합한 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와같이, 반도체, 전자, 광전, 자기, 표시 소자 등을 제조할 때 기판상에 미세 패턴을 형성하는 공정을 수행하게 되는 데, 이와같이 기판상에 미세 패턴을 형성하는 대표적인 기법으로는 빛을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 포토리쏘그라피(phtolithography) 방법이 있다.
상기한 포토리쏘그라피 방법은 빛에 대한 반응성을 갖는 고분자 물질(예를들면, 포토레지스트 등)을 패닝하고자하는 물질이 적층(또는 증착)된 기판상에 도포하고, 목표로하는 임의의 패턴으로 설계된 레티클을 통해 고분자 물질상에 빛을 투과시켜 노광하며, 현상 공정을 통해 노광된 고분자 물질을 제거함으로써, 패터닝하고자하는 물질 위에 목표로하는 패턴을 갖는 패턴 마스크(또는 식각 마스크)를 형성한다. 이후에, 패턴 마스크를 이용하는 식각 공정을 수행함으로써, 기판상에 적층된 물질을 원하는 패턴으로 패터닝한다.
한편, 상기한 바와같은 포토리쏘그라피 방법은 회로 선폭(또는 패턴 선폭)이 노광 공정에 사용되는 빛의 파장에 의해 결정된다. 따라서, 현재의 기술수준을 고려할 때 포토리쏘그라피 공정을 이용하여 기판상에 초미세 패턴, 예를들면 선폭이 100㎚ 이하의 초미세 패턴을 형성하는 것이 불가능한 실정이다.
또한, 빛을 이용한 방법으로 다중 공정을 통한 3차원 형상을 대면적 기판 위에 패턴을 형성할 수는 있으나, 다중 공정을 행하기 위해서는 하나의 패턴을 형성할 때마다 패턴 형성, 식각 공정, 세정 공정 등을 수행해야만 하기 때문에 시간이 오래 걸리고 공정이 매우 복잡해진다는 문제가 있으며, 이러한 문제는 결국 제품의 제조 비용 상승 및 생산성이 저하를 초래하게 된다는 문제를 야기시킨다.
더욱이, 빛을 이용하여 기판상에 미세 패턴을 형성하는 종래의 방법에서는 패턴이 형성될 기판의 표면이 편평하지 않으면 빛의 반사나 회절, 세기 변화 등에 의하여 공정이 매우 복잡해진다는 문제가 있었다.
따라서, 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 새로운 기법에 대한 연구 개발이 도처에서 활발하게 진행되고 있으며, 새로운 기법의 하나로써 1995년 미국의 Stephen Y. Chou(Appl. Phys. Lett., 67,3114(1995)) 등에 의해 압축 성형법을 이용하여 기판상에 초미세 패턴을 형성하는 방법이 시도되었다.
이 방법에서는 먼저 전자 빔(electron beam), 이온 빔(ion beam), X선 리쏘그라피(X-ray lithography), 또는 일반적인 광학적 리쏘그라피(optical lithography) 등의 방법을 이용하여 원하는 패턴을 주형 기판 위에 형성한다. 주형의 패턴이 전달(전사)되어야 할 기판 위에는 고분자 박막을 스핀 코팅(spin coating) 등의 방법으로 형성(또는 도포)한다.
그런다음, 주형과 기판을 서로 대향시켜 놓은 상태의 대략 50 ∼ 150 기압의 압력하에서 온도를 고분자 물질의 유리 전이 온도 이상의 고온으로 가열한 다음 일정 시간동안 가압함으로써 주형 표면에 양각 또는 음각된 미세 패턴이 기판 위에 있는 고분자 물질에 전달, 즉 고분자 물질이 주형 표면과 반대인 음각 또는 양각으로 패터닝되고, 이와같이 패터닝된 고분자 물질의 두께 차이를 식각 마스크(mask)로 이용하여 기판에 대해 비등방성 식각(anisotropic etching)을 수행함으로써, 주형의 패턴이 최종적으로 기판(즉, 기판상에 적층(또는 증착)된 패터닝하고자하는 물질)에 전달된다.
상기한 바와같은 압축 성형법을 이용해 구현 가능한 최소 패턴의 크기가 수 nm에 이를 수 있음이 각종 문헌에 보고되고 있다. 따라서, 압축 성형법을 이용하여 기판상에 초미세 패턴을 형성하는 기술은 기존의 반도체, 전기, 전자 등의 산업에서 기존에 사용해 온 방법, 즉 빛을 이용하여 기판상에 미세 패턴을 형성하는 기술의 해상도(resolution)가 거의 한계점에 도달했다는 점을 고려할 때 고해상도와 경제성, 생산성을 갖춘 새로운 개념의 패터닝 기술로서 그 가능성이 인정되고 있다.
그러나, 제안된 압축 성형법에서는 고분자 물질을 고온으로 가열한 상태에서 압축, 성형하기 때문에 반복 공정을 행할 수 없다는 단점, 즉 하나의 패턴을 압축 성형법에 의하여 기판상의 한 위치에 형성한 상태에서 동일 패턴을 동일 기판상의 다른 위치에 형성하고자 하는 경우 해당 기판의 온도를 다시 고온으로 상승시켜야 하는 데, 이 과정에서 이전에 압축 성형된 패턴이 소멸하기 때문에 반복 공정이 불가능하다는 문제를 갖는다.
여기서, 반복 공정이란 기판 보다 작은 면적의 주형을 대면적 기판 위에서 차례로 가압함으로써 기판 전면에 걸쳐 원하는 동일 패턴을 연속하여 형성하는 과정 또는 서로 다른 패턴을 갖는 주형을 기판 위에 순차적으로 가압함으로써 주형들의 패턴이 결합된 새로운 패턴을 기판상에 형성하는 과정을 말한다.
상기한 점을 고려할 때 기존의 압축 성형법에서는, 대면적 기판상에 패턴을 형성할 때 반복 공정을 피하기 위하여, 주형을 대면적으로 제작하거나, 주형을 원하는 패턴, 즉 다수개의 패턴이 결합되어 있는 패턴(이하, 합성 패턴이라 함)으로 제작할 필요가 있다. 그러나, 초미세 패턴을 갖는 대면적 주형을 제작하거나 합성 패턴을 갖는 주형을 제작하는 것은 기술적, 경제적 측면에서 볼 때 거의 불가능하다.
따라서, 종래의 압축 성형법에서 동일 패턴을 대면적 기판에 형성하거나, 합성 패턴을 형성하기 위해서는 주형을 이용한 1회의 압축 성형 후 식각을 행하고, 다시 주형을 이용하여 압축 성형, 식각하는 공정을 연속하여 수행하는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 패턴 형성의 소요시간 과다 및 공정 복잡도를 야기시킨다는 문제를 피할 수가 없었다.
다른한편, 고분자 물질을 대략 50 ∼ 150 기압의 압력 조건하의 상온에서 압축, 성형하여 기판상에 원하는 패턴을 형성하는 것을 고려할 수 있는 데, 이 경우 상대적으로 단단한 재질로 된 주형으로 상대적으로 더 무른(soft) 고분자 물질을 가압하기 때문에 고분자 물질이 고체 변형에 있어서 탄성 변형(elastic deformation)의 한계를 넘어 소성 변형(deformation)을 일으키게 되는 문제를 갖는다. 여기에서, 탄성 변형은 가해진 부하가 제거되면 원래의 상태로 되돌아가는 변형을 의미하고, 소성 변형은 가해진 부하가 제거되더라도 계속 변형된 상태로 남아 있게 되는 변형을 의미한다.
이 기술분야에 잘 알려진 바와같이, 고분자 물질들은 금속이나 세라믹과는 달리 내부에 어느 정도의 결함(기공 등)을 가지게 되는 데, 이러한 결함을 총칭해 자유 부피(free volume)라고 말한다. 물질을 이루는 구성 원자들이 규칙적인 결정 격자를 이루지 않고 불규칙적으로 존재하기 때문에, 특히 고분자 물질은 사슬(chain) 형태로 구성 원자들이 연결되어 있고 이 사슬들이 서로 섞여 있으므로 그들 사이에는 비어 있는 공간(empty space)이 상당히 존재하고 있다.
따라서, 고분자 물질을 주형으로 가압할 때, 부하의 크기가 작은 경우(즉, 자유 부피로 수용 가능한 부하)에는 내부에 존재하는 자유 부피, 즉 빈 공간들의 수축, 고밀도화가 발생하게 되지만, 부하의 크기가 큰 경우(즉, 자유 부피로 수용 가능한 범위를 초과하는 경우)에는 주형의 가압에 의해 패터닝된 고분자 물질의 돌출부 모서리 부분에서 소성 변형이 야기된다. 즉, 상온에서 높은 압력(50 ∼ 150 기압)으로 주형의 패턴을 고분자 물질에 전사(또는 전달)하는 경우, 부가의 크기가 작은 영역에서는 내부에 존재하는 자유 부피(즉, 빈 공간들)의 수축, 고밀도화가 발생하지만 부하의 크기가 큰 영역에서는 미세 패턴의 정밀도 등을 저하시키는 원인으로 작용하는 소성 변형이 발생하게 된다.
따라서, 상온에서 고압으로 고분자 물질을 패터닝하는 경우, 일예로서 도 5에 도시된 바와같이, 준비된 주형을 기판(500)상에 적층된 고분자 물질에 가압한 후에 착탈하게 되면, 동도면에서 원형의 실선으로 표시한 바와같이, 패터닝된 고분자 물질(502)의 돌출부 모서리 부분에서 소성 변형(502a)이 야기된다는 문제가 있다.
그 결과, 압축 성형을 이용한 미세 패턴 형성 방법에서, 패터닝된 고분자 물질의 두께 차이를 마스크로 이용하여 패터닝하고자하는 물질 또는 기판을 식각함으로써 목표로하는 미세 패턴을 형성한다는 점을 고려할 때 상술한 바와같은 소성 변형은 고정밀한 미세 패턴의 형성을 저해시키는 한 요인으로 작용하게 되는 문제점을 야기시킨다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압축 성형을 이용한 미세 패턴의 형성을 위해 기판상의 고분자 물질을 압축 성형할 때, 상온 및 저압의 공정 조건에서 준비된 주형을 고분자 물질에 가압함으로써, 하나의 고분자 물질상에 서로 다른 패턴 구조를 갖는 주형을 연속하여 각각 전사(전달)할 수 있는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 압축 성형을 위한 미세 패턴 형성시에 기판 보다 작은 면적의 주형을 대면적 기판상의 고분자 물질에 차례로 가압함으로써 기판상의 고분자 물질 전면에 걸쳐 원하는 동일 패턴을 연속하여 형성할 수 있는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 압축 성형을 이용한 미세 패턴의 형성을 위해 압축 성형되는 고분자 물질내의 자유 부피를 가해지는 부하의 크기에 대응할 수 있도록 적응적으로 증가시켜 주므로써 패터닝된 고분자 물질에서의 소성 변형의 발생을 방지할 수 있는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 기판에 가압하여 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 상기 기판상에 용매를 포함하는 고분자 물질을 도포하여 고분자 박막을 형성하는 단계; 상기 주형을 상기 기판상에 형성된 상기 고분자 박막상에 가압함으로써, 상기 고분자 박막의 소성 변형을 이용하여 상기 고분자 박막을 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝된 고분자 박막의 두께 차이를 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 상기 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 단계로 이루어진 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 기판에 가압하여 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 상기 기판상에 용매를 포함하는 고분자 물질을 도포하여 고분자 박막을 형성하는 단계; 서로 다른 패턴 구조를 각각 갖는 N개의 주형을 상기 기판상에 형성된 상기 고분자 박막상에 차례로 N차 가압함으로써, 상기 고분자 박막의 소성 변형을 이용하여 상기 고분자 박막을 합성 패터닝하는 단계; 및 상기 합성 패터닝된 고분자 박막의 두께 차이를 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 상기 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 단계로 이루어진 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또다른 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 기판에 가압하여 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 상기 주형 보다 적어도 큰 대면적의 기판상에 용매를 포함하는 고분자 물질을 도포하여 고분자 박막을 형성하는 단계; 상기 주형을 상기 대면적 기판상에 형성된 상기 고분자 박막상에 위치를 달리하며 순차적으로 가압함으로써, 상기 고분자 박막의 소성 변형을 이용하여 상기 고분자 박막의 상부 전면을 패터닝하는 단계; 및 상기 전면 패터닝된 고분자 박막의 두께 차이를 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 상기 대면적 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 단계로 이루어진 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따라 압축 성형 기법을 통해 기판상에 미세 패턴을 형성하는 데 적합한 미세 패턴 압축 성형 장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 압축 성형 기법을 이용하여 기판상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 압축 성형 기법을 이용하여 기판상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 공정 순서도,
도 4는 본 발명에 따라 기판상에 미세 패턴을 형성할 때 고분자 박막에 기공 등의 자유 부피를 형성하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 5는 종래 방법에 따라 기판상에 미세 패턴을 형성할 때 식각 마스크로 사용될 고분자 박막의 모서리 부분에서 소성 변형이 발생하는 현상을 설명하기 위해 도시한 도면.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 미세 패턴 형성 장치 102a, 102b : 고정축
104a : 상부 프레스 판 104b : 하부 프레스 판
106 : 볼트 108 : 압력 전달축
110 : 가압 장치 200 : 기판
202 : 고분자 박막 204, 204' : 주형
204'' : 패터닝된 고분자 박막 206 : 미세 패턴
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 핵심 기술사상은, 고온, 고압의 공정 조건에서 패턴을 형성하고자 하는 고분자 물질을 임의의 패턴을 갖는 주형으로 압축 성형하는 전술한 종래 방법과는 달리, 상온 및 저압(예를들면, 20 - 30 기압)의 공정 조건에서 임의의 패턴을 갖는 주형으로 고분자 물질을 압축 성형하고, 또한 압축 성형시에 가해지는 부하의 크기에 대응시켜 고분자 물질내의 자유 부피의 양을 적응적으로 조절(증가)하여 고분자 물질을 압축 성형한다는 것으로, 이러한 기술사상을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 압축 성형 기법을 통해 기판상에 미세 패턴을 형성하는 데 적합한 미세 패턴 압축 성형 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 미세 패턴 압축 성형 장치(100)는, 크게 구분해 볼 때, 두 개의 고정축(102a, 102b), 상부 및 하부 프레스 판(104a, 104b), 압력 전달축(108) 및 가압 장치(110)를 포함한다. 여기에서, 상부 프레스 판(104a)은 볼트(106)를 통해 두 고정축(102a, 102b)의 상단 부분에 고정 장착되고, 하부 프레스 판(104b)은 압력 전달축(108)에 일측이 고정되어 두 고정축(102a, 102b)을 따라 상부 프레스 판(104a)측으로 승강이 가능하도록 설치되어 있으며, 압력 전달축(108)은 가압 장치(110)로부터 제공되는 가압력에 따라 하부 프레스 판(104b)을 상하 방향으로 승강시킨다.
이때, 상기한 바와같은 구조를 갖는 미세 패턴 압축 성형 장치를 이용하여 임의의 패턴을 갖는 주형(204)을 고분자 박막(202)이 도포된 기판(200)상에 가압할 때 주형(204) 및 기판(200)은 서로 대향하는 방향(즉, 주형(204)의 양측면중 패터닝된 면이 기판(200)쪽으로 향하는 방향)으로 상부 프레스 판(104a)과 하부 프레스 판(104b) 사이에 놓여지게 되는 데, 이러한 상태에서 압력 전달축(108)을 통해 전달되는 가압력에 의해 하부 프레스 판(104b)이 상부 프레스 판(104a)쪽으로 상승하게 되므로써, 기판(200)상에 도포된 고분자 박막(202)이 두께 차이를 갖는 임의의 패턴으로 패터닝된다.
다음에, 상술한 바와같은 구조를 갖는 미세 패턴 압축 성형 장치를 이용하여 본 발명에 따라 기판상의 고분자 박막을 압축 성형하고, 압축 성형된 고분자 박막의 두께 차이를 이용하는 식각 공정을 통해 기판(또는 기판상의 임의의 물질)을 원하는 패턴으로 패터닝하는 과정에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
도 2a 내지 2d는 본 발명의 일실시예에 따라 압축 성형 기법을 이용하여 기판상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.
먼저, 기판(200)상에 패터닝하고자 하는 패턴과 대향하는 패턴 구조를 갖는 주형(204)을 준비한 다음, 스핀 코팅 등의 방법을 이용하여 기판(200)상에 후술하는 공정에서 식각 마스크로써 이용될 고분자 박막(202)을 도포한다. 이때, 고분자 박막(202)에는 고분자 박막을 구성하는 고분자 물질의 유동성(fluidity) 확보를 위해 용매가 첨가되어 있다.
이어서, 주형(204)을 이용한 압축 성형시의 부하 크기에 대응할 수 있도록 고분자 박막(202)내의 자유 부피를 증가시키는 공정을 수행하게 되는 데, 이러한 공정은 다음과 같은 방법들에 의해 실현될 수 있다.
첫째, 기판(200)상에 고분자, 유기물, 무기물, 금속, 세라믹 등의 고분자 박막을 형성(또는 증착)한 후에 플라즈마 또는 화학 에칭 공정을 수행함으로써, 고분자 박막(202)내에 존재하는 자유 부피를 증가시킬 수 있다.
둘째, 기판(200)상에서 고분자 박막화될 고분자, 유기물, 무기물, 금속, 세라믹 등의 제조시에 다공성 구조를 인위적으로 형성시킨 다음 다공성 구조가 내포된 고분자 박막(202)을 기판(200)상에 증착시킴으로써, 고분자 박막(202)내에 존재하는 자유 부피를 증가시킬 수 있다.
셋째, 용매가 첨가된 고분자 박막을 기판(200)상에 적층한 다음 이를 상온에서 진공 건조 또는 자연 건조시킴으로써, 고분자 박막(202)내에 존재하는 자유 부피를 증가시킬 수 있다.
넷째, 기판(200)상에 고분자 박막(202)을 적층하고, 일예로서 도 4a에 도시된 바와같이, 솔벤트(402a)가 담긴 용기(402)가 내장된 반응로(400)에 고분자 박막(202)이 적층된 기판(200)을 탑재시킨 다음, 솔벤트(402a)가 증발할 수 있을 정도의 온도로 반응로(400)를 가열함으로써, 고분자 박막(202)내에 존재하는 자유 부피를 증가시킬 수 있다.
다섯째, 기판(200)상에 고분자 박막(202)을 적층한 다음, 일예로서 도 4b에 도시된 바와같이, 분사 구조체(404)를 이용하여 고분자 박막(202)상에 스프레이 방식으로 솔벤트를 직접 뿌려준 후 진공 또는 자연 건조시킴으로써, 고분자 박막(202)내에 존재하는 자유 부피를 증가시킬 수 있다.
따라서, 상술한 바와같은 여러 가지 방법들중의 하나를 이용하는 자유 부피 증가 공정을 수행함으로써, 도 2a의 하단에 도시된 바와같이, 고분자 박막(202)내에 존재하는 자유 부피가 압축 성형시의 부하에 대응하도록 증가하게 된다.
다음에, 고분자 박막(202)내의 자유 부피를 증가시킨 기판(200)과 준비된 주형(204)을 도 1에 도시된 미세 패턴 압축 성형 장치(100)에 탑재, 즉 하부 프레스 판(104b)상에 탑재한 다음 상온에서 대략 20 - 30 기압의 압력 조건으로 압축 성형을 수행하여, 도 2b에 도시된 바와같이, 고분자 박막(202)을 1차 패터닝함으로써 임의의 두께 차이를 갖는 1차 패터닝된 고분자 박막(202')을 형성한다.
또한, 주형(204)의 패턴과는 다른 패턴 구조를 갖는 다른 주형(204')을 이용하는 압축 성형을 수행하여, 도 2c에 도시된 바와같이, 1차 패터닝된 고분자 박막(202')을 2차 패터닝함으로써 두 레벨의 임의의 두께 차이를 갖는 2차 패터닝된 고분자 박막(202'')을 형성한다.
상술한 바와같이, 하나의 고분자 박막(202)상에 두 주형(204, 204')의 패턴을 순차 전사시킬 수 있는 것은 고분자 박막(202)이 상온에서 압축 성형될 수 있는 유동성을 갖고 있기 때문이다. 이때, 서로 다른 패턴 구조를 갖는 두 개의 주형 패턴을 고분자 박막상에 각각 전사시키는 경우, 상대적으로 단차가 큰 패턴을 고분자 박막상에 전사시키고, 이어서 상대적으로 적은 단차를 갖는 패턴을 고분자 박막상에 전사시키는 것이 바람직하다.
이어서, 2차 패터닝된 고분자 박막(202'')에 형성된 두께 차이를 마스크로 이용하는 비등방성 식각(anisotropic etching) 공정을 수행함으로써, 도 2d에 도시된 바와같이, 기판(200)상에 목표로하는 미세 패턴(206)이 형성, 즉 두 개의 주형(204, 204')에 도안된 패턴 구조가 조합된 합성 패턴에 대응하는 미세 패턴이 형성된다.
한편, 본 실시예에서는 본 발명에 따라 미세 패턴 형성을 위해 압축 성형을 수행할 때 어떠한 경우에라도 종래 방법에서와 같이 소성 변형이 일어나지 않음을 보다 강조하기 위해 하나의 고분자 박막상에 서로 다른 패턴 구조를 갖는 주형을 연속하여 순차 압축 성형함으로써, 고분자 박막상에 합성 패턴을 전사시키는 것으로하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 이 기술분야의 숙련자라면 단지 하나의 주형 패턴만을 고분자 박막상에 전사하거나 혹은 두 개 이상의 주형 패턴을 고분자 박막상에 전사할 수 있음을 충분히 이해할 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와같이, 본 실시예에 따르면, 고온, 고압의 공정 조건에서 미세 패턴을 형성하고자 하는 고분자 박막을 임의의 패턴을 갖는 주형으로 압축 성형하는 전술한 종래 방법과는 달리, 상온 및 저압(예를들면, 20 - 30 기압)의 공정 조건에서 고분자 박막을 압축 성형하기 때문에 하나의 고분자 박막상에 서로 다른 패턴 구조를 갖는 주형을 연속하여 각각 전사할 수 있어 기판상에 다양한 형태의 초미세 패턴을 효과적으로 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은 압축 성형시에 가해지는 부하의 크기에 대응시켜 고분자 박막내의 자유 부피의 양을 적응적으로 조절(증가)하여 고분자 박막을 압축 성형할 수 있기 때문에, 전술한 종래 방법에서와 같이 압축 성형으로 패터닝된 고분자 박막의 돌출부 모서리 부분에서 소성 변형(즉, 패턴 변형을 야기시키는 소성 변형)이 야기되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
[실시예 2]
도 3a 및 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 압축 성형 기법을 이용하여 기판상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 공정 순서도이다.
본 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 적어도 주형보다 큰 대면적 기판(수 인치 내지 수십 인치)상에 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 차례로 순차 가압(압축 성형)한다는 점을 제외한 나머지 공정들을 전술한 실시예 1에서의 공정들과 실질적으로 동일하다.
즉, 도 3a를 참조하면, 주형(204)보다 적어도 큰 대면적 기판(200)상에 고분자 박막(202)을 도포(또는 적층)하고, 전술한 실시예 1에서의 방법에서와 동일하게 고분자 박막(202)내에 자유 부피를 조절하며, 이와같이 고분자 박막(202)이 형성된 기판(200)을 도 1에 도시된 미세 패턴 형성 장치(100)에 탑재하여 상온의 저압 조건에서 압축 성형을 수행함으로써 후술하는 공정에서 식각 마스크로 사용될 고분자 박막(202)을 패터닝, 즉 패터닝된 고분자 박막을 형성한다.
이때, 주형(204)을 대면적 기판(200)상에 다수회 가압해야 하기 때문에 주형(204) 수평 방향으로 이동시키면서 압축 성형을 수행하거나 대면적 기판(200) 자체를 수평 방향으로 이동시키면서 압축 성형을 수행해야만 한다. 따라서, 이를 위해서는 주형(204) 또는 대면적 기판(200)을 수평 방향으로 이동시키는 필요한 데, 이러한 수평 이동 장치는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 구현할 수 있으므로 본 실시예에서의 도시 및 설명을 생략하였다.
다음에, 상술한 바와같은 과정들을 통해 고분자 박막(202)으로의 패터닝을 완료되면, 이 패터닝된 고분자 박막의 두께 차이를 식각 마스크로 이용하는 비등방성 식각 공정을 수행함으로써, 도 3b에 도시된 바와같이, 대면적 기판(200)상에 목표로하는 미세 패턴(206)이 형성이 형성된다.
즉, 본 실시예에 따르면, 압축 성형을 위한 미세 패턴 형성시에 기판 보다 작은 면적의 주형을 대면적 기판상의 고분자 박막에 차례로 가압함으로써 대면적 기판상의 고분자 박막 전면에 걸쳐 원하는 동일 패턴을 연속하여 형성할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 전술한 실시예 1에서와 마찬가지로, 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와같이 본 발명에 따르면, 전술한 종래 방법에서와 같이 고온, 고압의 공정 조건에서 미세 패턴을 형성하고자 하는 고분자 박막을 임의의 패턴을 갖는 주형으로 압축 성형하지 않고, 상온 및 저압의 공정 조건에서 고분자 박막을 압축 성형하기 때문에 하나의 고분자 박막상에 서로 다른 패턴 구조를 갖는 주형을 연속하여 각각 전사할 수 있어 기판상에 다양한 형태의 초미세 패턴을 효과적으로 형성할 수 있으며, 압축 성형시에 가해지는 부하의 크기에 대응시켜 고분자 박막내의 자유 부피의 양을 적응적으로 조절(증가)하여 고분자 박막을 압축 성형하기 때문에, 전술한 종래 방법에서와 같이 압축 성형으로 패터닝된 고분자 박막의 돌출부 모서리 부분에서 소성 변형이 야기되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims (28)

  1. 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 기판에 가압하여 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 기판상에 용매를 포함하는 고분자 물질을 도포하여 고분자 박막을 형성하는 단계;
    상기 주형을 상기 기판상에 형성된 상기 고분자 박막상에 가압함으로써, 상기 고분자 박막의 소성 변형을 이용하여 상기 고분자 박막을 패터닝하는 단계; 및
    상기 패터닝된 고분자 박막의 두께 차이를 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 상기 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 단계로 이루어진 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 패터닝 공정 전에 상기 고분자 박막내의 자유 부피를 압축 성형을 위한 가압시의 부하에 대응할 수 있도록 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 플라즈마 처리를 통해 상기 고분자 박막내 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 화학 에칭 처리를 통해 상기 고분자 박막내 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 고분자 박막은, 상기 기판으로의 도포전에 다공성 구조로 변형된 내부 구조를 갖는 박막인 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 상기 고분자 박막을 상온에서 진공 건조 또는 자연 건조시킴으로써 상기 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는:
    상기 고분자 박막이 형성된 기판을 솔벤트가 담긴 용기가 내장된 반응로에 탑재하는 단계; 및
    상기 솔벤트가 증발 가능한 기설정 온도로 상기 용기를 가열시켜 기체화된 솔벤트를 상기 고분자 박막상에 침투시킨 후 진공 또는 자연 건조시키는 단계를 수행하여 상기 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 스프레이 구조체를 이용하여 상기 고분자 박막상에 솔벤트를 직접 분사한 후 진공 또는 자연 건조시킴으로써 상기 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 기설정된 저압의 공정 조건에서 가압을 위한 압축 성형을 수행하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  10. 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 기판에 가압하여 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 기판상에 용매를 포함하는 고분자 물질을 도포하여 고분자 박막을 형성하는 단계;
    서로 다른 패턴 구조를 각각 갖는 N개의 주형을 상기 기판상에 형성된 상기 고분자 박막상에 차례로 N차 가압함으로써, 상기 고분자 박막의 소성 변형을 이용하여 상기 고분자 박막을 합성 패터닝하는 단계; 및
    상기 합성 패터닝된 고분자 박막의 두께 차이를 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 상기 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 단계로 이루어진 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 합성 패터닝 공정 전에 상기 고분자 박막내의 자유 부피를 압축 성형을 위한 가압시의 부하에 대응할 수 있도록 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 플라즈마 처리를 통해 상기 고분자 박막내 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 화학 에칭 처리를 통해 상기 고분자 박막내 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 고분자 박막은, 상기 기판으로의 도포전에 다공성 구조로 변형된 내부 구조를 갖는 박막인 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 상기 고분자 박막을 상온에서 진공 건조 또는 자연 건조시킴으로써 상기 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는:
    상기 고분자 박막이 형성된 기판을 솔벤트가 담긴 용기가 내장된 반응로에 탑재하는 단계; 및
    상기 솔벤트가 증발 가능한 기설정 온도로 상기 용기를 가열시켜 기체화된 솔벤트를 상기 고분자 박막상에 침투시킨 후 진공 또는 자연 건조시키는 단계를 수행하여 상기 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 스프레이 구조체를 이용하여 상기 고분자 박막상에 솔벤트를 직접 분사한 후 진공 또는 자연 건조시킴으로써 상기 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  18. 제 11 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 기설정된 저압의 공정 조건에서 가압을 위한 압축 성형을 수행하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  19. 제 11 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 패터닝 단계는, 패턴 구조의 단차가 상대적으로 큰 주형을 패턴 구조의 단차가 상대적으로 적은 주형보다 먼저 가압하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  20. 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 기판에 가압하여 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 주형 보다 적어도 큰 대면적의 기판상에 용매를 포함하는 고분자 물질을 도포하여 고분자 박막을 형성하는 단계;
    상기 주형을 상기 대면적 기판상에 형성된 상기 고분자 박막상에 위치를 달리하며 순차적으로 가압함으로써, 상기 고분자 박막의 소성 변형을 이용하여 상기 고분자 박막의 상부 전면을 패터닝하는 단계; 및
    상기 전면 패터닝된 고분자 박막의 두께 차이를 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 상기 대면적 기판상에 목표로하는 미세 패턴을 형성하는 단계로 이루어진 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 전면 패터닝 공정 전에 상기 고분자 박막내의 자유 부피를 압축 성형을 위한 가압시의 부하에 대응할 수 있도록 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 플라즈마 처리를 통해 상기 고분자 박막내 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 화학 에칭 처리를 통해 상기 고분자 박막내 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 고분자 박막은, 상기 기판으로의 도포전에 다공성 구조로 변형된 내부 구조를 갖는 박막인 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 상기 고분자 박막을 상온에서 진공 건조 또는 자연 건조시킴으로써 상기 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는:
    상기 고분자 박막이 형성된 기판을 솔벤트가 담긴 용기가 내장된 반응로에 탑재하는 단계; 및
    상기 솔벤트가 증발 가능한 기설정 온도로 상기 용기를 가열시켜 기체화된 솔벤트를 상기 고분자 박막상에 침투시킨 후 진공 또는 자연 건조시키는 단계를 수행하여 상기 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 자유 부피 조절 단계는, 스프레이 구조체를 이용하여 상기 고분자 박막상에 솔벤트를 직접 분사한 후 진공 또는 자연 건조시킴으로써 상기 자유 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  28. 제 21 항 내지 제 27 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 기설정된 저압의 공정 조건에서 가압을 위한 압축 성형을 수행하는 것을 특징으로 하는 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
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